龍騰光電防雷方案

杭州永聯(lián)電氣技術(shù)部PAGEPAGE5直擊雷及感應(yīng)雷防浪涌防護(hù)設(shè)計方案杭州永聯(lián)信息電子有限公司二零零七年七月目錄TOC\o"1-4"\h\z第一章前言 3雷電放電的危害 3第二章防雷原理 4一、雷擊的分類 4二、雷電危害 4三、雷電防護(hù)區(qū)的劃分 8四、雷電對電子設(shè)備損害途徑 9五、針對此三種途徑所進(jìn)行的防護(hù) 9第三章設(shè)計依據(jù) 12一、設(shè)計依據(jù) 12二、方案設(shè)計原則 12第四章防雷設(shè)計方案 14一、直擊雷防護(hù) 14五、工程驗收…………..17六、售后服務(wù)…………..17第一章前言雷電是自然界最普遍的大氣變異現(xiàn)象,地球每天約有四萬多個雷暴中心形成，發(fā)生八百萬次雷閃放電，平均每秒放電一百次左右，每次釋放數(shù)百兆焦耳的能量。閃電的起源與大氣電場有關(guān)。大氣電場的變化使空氣中的云團(tuán)形成帶電的雷云。雷云中不同部分之間聚集著不同極性的電荷，形成100萬伏到100000萬伏的高電位，當(dāng)電位達(dá)到一定度時，就會在云團(tuán)的不同部分之間、不同云團(tuán)之間以及云團(tuán)與地面之間產(chǎn)生很強的電場。當(dāng)空中的電場強度達(dá)到2.5～3.0Kv/mm時，將引起空氣分子電離，導(dǎo)致空氣絕緣被擊穿，從而在云與云之間，或云與大地之間產(chǎn)生瞬時強火花放電，形成閃電。雷電放電的危害雷雨云直接通過人體、建筑物、設(shè)備等對地放電的雷擊現(xiàn)象稱直接雷擊，直擊雷是自然界中強大的脈沖放電過程，直擊雷災(zāi)害的嚴(yán)重性表現(xiàn)在它具有巨大的破壞性,雷擊放電的電量大約在25～100C,雷擊點的發(fā)熱量大約為500～2000J,該熱量可熔化50～200mm3的鋼材,在雷擊通道上產(chǎn)生強大的沖擊機械力可達(dá)5000～6000N。當(dāng)發(fā)生直擊雷時，會對所擊中物體造成直接的機械損壞，對人員造成傷亡。此外，雷電還有二次雷擊，即感應(yīng)雷，在一次直擊雷后，會在幾公里范圍的導(dǎo)體上（電源線、信號線等）感應(yīng)過電壓，這些感應(yīng)過電壓會沿線路對建筑物內(nèi)的設(shè)備造成損壞。感應(yīng)雷造成的損壞雖然與直擊雷相較較小，但造成的損壞面較廣，近年隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，高層建筑和微電子設(shè)備的大量增加，雷擊所造成的損失越來越大。第二章防雷原理雷擊是年復(fù)一年的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷提高，通信、控制等弱電設(shè)備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網(wǎng)絡(luò)，程控交換機組等系統(tǒng)設(shè)備耐過電流、耐雷電壓的水平越來越低，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災(zāi)害頻頻發(fā)生。一、雷擊的分類雷擊一般分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊。直接雷擊——指雷電直接擊在建筑物、構(gòu)架、樹木、動植物上，由于電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)等混合力作用，直接摧毀建筑物，構(gòu)筑物以及引起人員傷亡等。由于直擊雷的電效應(yīng)，有可能使微電子設(shè)備遭受浪涌過電壓的危害。感應(yīng)雷擊（又稱二次雷擊）——指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空線路、埋地線路、金屬管線或類似的傳導(dǎo)上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓通過傳導(dǎo)體傳送至設(shè)備，間接摧毀微電子設(shè)備。感應(yīng)雷擊對微電子設(shè)備，特別是通訊設(shè)備和電子計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害最大，據(jù)資料顯示，微電子設(shè)備遭雷擊損壞，80%以上是由感應(yīng)雷引起的。另外還有操作過電壓，即是指當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動時，會產(chǎn)生磁場儲存能量，當(dāng)負(fù)載（特別是電感性大的負(fù)載）電器設(shè)備開關(guān)時，會產(chǎn)生瞬時過電壓，操作過電壓同感應(yīng)雷擊一樣，可以間接損壞微電子設(shè)備。二、雷電危害近些年來由于高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了電子用電設(shè)備的普及和應(yīng)用，其中借助計算機系統(tǒng)進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)處理、自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、設(shè)計開發(fā)等，大大提高了人們的工作質(zhì)量和效率。但先進(jìn)的電子設(shè)備包括電子計算機耐受過電壓、過電流的能力相對較低，同時也缺乏必要的雷害防護(hù)技術(shù)措施，另外，在現(xiàn)代高新技術(shù)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中大量采用了大規(guī)模及超大規(guī)模的電子集成電路制造技術(shù)，當(dāng)今電子設(shè)備、計算機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高，如通訊系統(tǒng)、視頻、信號、工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，它們的傳輸線路，特別是暴露在室外的長距離輸送線，以及動力電源輸送線路等，都有可能遭受雷擊，產(chǎn)生雷擊過電壓，并侵入設(shè)備，將設(shè)備擊毀。1971年美國通用研究公司R·D希爾用仿真試驗建立模式證明：由于雷電干擾，對無屏蔽的計算機當(dāng)磁感應(yīng)強度Bm=0.07GS時，計算機會誤動作；當(dāng)Bd=2.4GS時，計算機設(shè)備會永久性損壞。人類在1973年將1萬個元件安置在1cm2面積上，這標(biāo)志著進(jìn)入信息時代，這個面積數(shù)值一直在逐漸變小。特別是電子技術(shù)從本世紀(jì)六十年代的電子管元器件發(fā)展到八十年代大型集成電路以來，元件的耐受能量已由0.1~10J降至10―8~10―6J，因而設(shè)備損壞率驟然升高。各種設(shè)備、元件摧毀能量參見圖1。圖1由上圖可見，盡管雷擊干擾數(shù)十年變化不大，但電子設(shè)備的抗沖擊水平在下降，間接導(dǎo)致雷擊干擾災(zāi)難系數(shù)增加。一位奧地利人對其所在地區(qū)自1960年~1992年間雷擊損失保險理賠件數(shù)進(jìn)行過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在這33年中，該地區(qū)因直接雷擊造成的事故（火災(zāi)、建筑物破壞等）每年都約為100起左右，而電子設(shè)備的損壞卻由1960年的931起上升到1992年的23768起！[圖2]圖2圖3圖3是慕尼黑TELA保險公司的損害分析，說明雷害損失從1978年到1994年的17年中上升了400%。而德國法蘭克福ELELTRA保險公司的統(tǒng)計說明在1994年的災(zāi)害賠償中雷擊過電壓損失占33.8%，為第一位（圖4）。圖4這種雷擊災(zāi)害的損失與我國近年來的情況基本相同。我國城市中的雷擊電子設(shè)備損害可占雷電災(zāi)害總損失的80%以上。鑒于上述原因，IEC61312-1（《雷電電磁脈沖的防護(hù)通則》）標(biāo)準(zhǔn)中“引言”稱“鑒于各種類型的電子系統(tǒng)，包括計算機、電信設(shè)備、控制系統(tǒng)等（在本標(biāo)準(zhǔn)中稱之為信息系統(tǒng)）的應(yīng)用在不斷增加，使本國際標(biāo)準(zhǔn)的制定成為必需。這樣的信息系統(tǒng)用于商業(yè)及工業(yè)的許多部門，包括高資金投入、大規(guī)模及高度復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，對這樣的系統(tǒng)從代價和安全方面考慮非常不希望由雷電導(dǎo)致系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的停頓?！睆膫鹘y(tǒng)的避雷觀念和認(rèn)識上也容易把人們對雷害防護(hù)的認(rèn)識引向一個誤區(qū)。在傳統(tǒng)觀念上人們普遍認(rèn)為只要按照國家的建筑物防雷設(shè)計規(guī)范做好建筑物的防雷措施，如安裝好建筑物的防雷裝置(避雷針、引下線和接地裝置的總稱)均壓環(huán)等，建筑物內(nèi)外的所有防雷工作就“萬事大吉”了。但當(dāng)雷擊現(xiàn)象發(fā)生時，建筑物的防直擊雷裝置非但不能保護(hù)好建筑物內(nèi)的各種用電設(shè)備免遭雷擊，反而使其遭受雷擊的可能性增大，而且建筑物的避雷裝置接閃能力越強，遭雷擊侵入的可能性就越大。這是因為當(dāng)雷電擊中建筑物避雷裝置的避雷針上或擊中附近其它建筑物的避雷針時，避雷針引下線就承擔(dān)起了使雷擊入侵電流入地釋放的作用，在雷擊電流快速的由引下線導(dǎo)入大地時，瞬時間內(nèi)在引下線上自上而下的產(chǎn)生了一強力的變化磁場，處在這個強力變化磁場作用范圍內(nèi)的所有用電器、信號、電源及它們的傳輸線路都因相對地切割了這個強力變化磁場的磁力線而產(chǎn)生出感應(yīng)高壓，進(jìn)而在與地線的低電位之間產(chǎn)生電壓差，從而迅速將用電設(shè)備擊毀。同時，當(dāng)強大的雷電流導(dǎo)入地網(wǎng)時，由于地網(wǎng)本身有電阻（地電阻），會產(chǎn)生地電位，形成地電位反擊，從而擊毀設(shè)備，在下圖中建筑物的內(nèi)部會受到地電位抬升以及雷電感應(yīng)的干擾。圖5三、雷電防護(hù)區(qū)的劃分按照IEC61312-1及GB50057-94（2000）要求，將要保護(hù)的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以規(guī)定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴(yán)重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點的位置。各區(qū)以在其交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。防雷區(qū)宜按以下分區(qū)：1、LPZOA區(qū)：直擊雷非防護(hù)區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。2、LPZOB區(qū)：直擊雷防護(hù)區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。3、LPZ1區(qū)：屏蔽防護(hù)區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZOB更小；本區(qū)內(nèi)的電磁場可能衰減，這取決于屏蔽措施。4、LPZ2區(qū)等：后續(xù)防雷區(qū)，當(dāng)需要進(jìn)一步減小導(dǎo)入的電流和電磁場時，應(yīng)引入后續(xù)雷區(qū)，并按照需要保護(hù)的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。通常，防雷區(qū)的數(shù)越高，電磁環(huán)境的參數(shù)越低。在兩個防雷區(qū)的界面上應(yīng)將所有通過界面的金屬物做等電位連接，并宜采用屏蔽和防浪涌措施。信息系統(tǒng)建筑物防雷區(qū)劃分一般原則詳見圖1。四、雷電對電子設(shè)備損害途徑主要有三個途徑：直擊雷經(jīng)過接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）而直放入地，導(dǎo)致地網(wǎng)地電位上升。高電壓由設(shè)備接地線引入電子設(shè)備造成地電位反擊。雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產(chǎn)生磁場，引下線周圍的各種金屬管（線）上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓。進(jìn)出大樓或機房的電源線和通信線等在大樓外受直擊雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過電流沿線竄入，入侵電子設(shè)備。五、針對此三種途徑所進(jìn)行的防護(hù)1、接閃與接地：大樓通過鐵搭鋼筋，上端與接閃器，下端與地網(wǎng)連接，中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)形均壓帶連接，對進(jìn)入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接，具有特殊要求的各種不同地線進(jìn)行等電位處理。這樣就形成一個法拉第籠式接地系統(tǒng)。它是消除地電位反擊有效的措施。2、均壓連接與屏蔽：安裝均壓環(huán)，同時通信電纜線槽及地線線槽需用金屬屏蔽線槽，且做等電位連接。其布放應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物立柱或橫梁，通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能與建筑物立柱或橫梁交叉。3、分流：進(jìn)入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在不同的防雷區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC61312——雷電電磁脈沖防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，安裝上不同類別的電源類SPD以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD（SPD瞬態(tài)過電壓保護(hù)器）。SPD是用以防護(hù)電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。雷電防護(hù)是一個全方位工程，其全面防護(hù)參見圖3。圖3：雷電全方位保護(hù)第三章設(shè)計依據(jù)一、設(shè)計依據(jù)依據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)、法國NFC標(biāo)準(zhǔn)、德國VDE標(biāo)準(zhǔn)和中國GB標(biāo)準(zhǔn)與部委頒發(fā)的設(shè)計規(guī)范的要求，大樓和大樓內(nèi)之計算機房、程控機機房等設(shè)備都必須有完整完善之防浪涌保護(hù)措施，保證該系統(tǒng)能正常運作。這包括電源供電系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)，電腦網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信設(shè)備等裝置，均應(yīng)有SPD防護(hù)裝置保護(hù)。設(shè)計依據(jù)包括有：GB50057-94(2000)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB3482-3483-83《電子設(shè)備雷擊實驗》GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》DL-T613-1997《進(jìn)口交流無間隙金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范》IEC61024-1:1990《標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷》IEC61312-1:1995《雷電電磁脈沖的防護(hù)通則》IEC61643《SPD電源防雷器》IEC61644《SPD通訊網(wǎng)絡(luò)防雷器》VDE0675《過電壓保護(hù)器》二、方案設(shè)計原則嚴(yán)格按照國標(biāo)頒部標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)實施防雷工程。根據(jù)電子及電氣設(shè)備的不同功能及不同受保護(hù)程度確定防護(hù)要點，作分類保護(hù)。第四章防雷設(shè)計方案一、直擊雷防護(hù)根據(jù)參考中國氣象局及杭州氣象局資料，其年平均雷暴日為37.4d/a，根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50343-2004第3.1條地區(qū)雷暴日等級劃分；3.1.1地區(qū)雷暴日等級應(yīng)根據(jù)年平均雷暴日數(shù)劃分。3.1.2地區(qū)雷暴日等級宜劃分為少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)，并符合下列規(guī)定：1少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天及以下的地區(qū)；2多雷區(qū)：年平均雷暴日20大于天，不超過40天的地區(qū)；3高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；4強雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天以上的地區(qū)。杭州屬多雷區(qū)，因此有必要進(jìn)行全面的防雷擊保護(hù)，且按三類防雷防護(hù)做設(shè)計。防雷防護(hù)設(shè)計分析：防雷級別：三類防雷等級。該水箱為全鋼結(jié)構(gòu)，最高點為6M,屋頂長度為20M左右，寬度1、防直擊雷的設(shè)備及材料應(yīng)滿足的技術(shù)參數(shù)對直擊雷的防范主要是減弱雷電流I的強度和降低雷電流隨時間的變化率dI/dt（感應(yīng)過電壓的強度與I×dI/dt成正比）。入地電流應(yīng)減少到安全水平以下，且無繞擊、側(cè)擊現(xiàn)象，以有效的場內(nèi)人員和設(shè)備的安全。直擊雷防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計方案建筑物防雷可采用直擊雷防護(hù)裝置，它由接閃部分、引下線和接地裝置組成，是防止直擊雷的有效措施。它們將雷電流經(jīng)引下線導(dǎo)入地下，從而保護(hù)在其覆蓋范圍內(nèi)的電氣設(shè)備、線路和建筑物免遭直擊雷擊。2、雷電對衡器的破壞雷電的現(xiàn)象是指雷云之間或雷云與地之間迅猛放電的過程，在迅猛的放電過程中，僅會產(chǎn)生強大的雷電流（可達(dá)數(shù)十至數(shù)百KA），還會伴隨有強烈的閃光和巨大的聲響。這種雷電流具有發(fā)生時間短（微秒級的突變）幅值高的特點（幾百KA），其瞬間的功率是巨大的，有其特殊的破壞力。2.1直擊雷破壞作用直擊雷是指雷云之間或雷云對地與地上建筑物的某一點放電。這種雷擊的破壞作用主要有：雷電流熱效應(yīng)的破壞作用。強大的雷電流通過被擊物時產(chǎn)生巨大的熱量，使被擊物的溫度升高，高達(dá)攝氏數(shù)千度，致使金屬融化，引起火災(zāi)。雷電流沖擊波的破壞作用。通電導(dǎo)體在電磁場中會受到電磁力的作用，強大的雷電電磁場可使處在其中的導(dǎo)體受力而變形甚至折斷。2.2感應(yīng)雷擊的破壞作用感應(yīng)雷擊是指雷電通過靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)而破壞被擊物，主要表現(xiàn)在：2.2.12.2.2由于雷電有極大的峰值和陡度，在其周圍形成強大的變化電磁場，處在變化的電磁場中的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電壓，此感應(yīng)電壓由導(dǎo)線傳至較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備，這種感應(yīng)電壓一般在數(shù)千伏級，足以將一些弱電子設(shè)備破壞。根據(jù)建筑物特征宜采用混合接閃的方式，即ESE型避雷針（提前放電避雷針）與避雷帶相結(jié)合的方式。提前放電避雷針原理及目的：在雷閃形成以前，即雷云的下行先導(dǎo)向建筑逼近時，提前產(chǎn)生向上行的離子流，攔截雷云下行先導(dǎo)，將雷云中的電荷泄放入地，（即提前接閃）使引下的雷電流大大減小，可保護(hù)樓層頂部的電器設(shè)備（如天線、衛(wèi)星接收器等等），同時由于引下電流的減弱，可有效減小由于雷閃造成的空間電磁脈沖對頂層的微電子設(shè)備（如電梯機房的控制部分）的影響，及樓層內(nèi)部微電子設(shè)備的影響（如計算機網(wǎng)絡(luò)及樓宇自動化系統(tǒng)）的影響。避雷帶的目的：避雷帶為傳統(tǒng)的接閃方式，在混合接閃的組合中，設(shè)在樓層頂部的女兒墻之避雷帶可有效地防止側(cè)擊。據(jù)根據(jù)現(xiàn)場情況接閃方式選用LDY-A6000型避雷針一支。如圖避雷針的布置：考慮到整體建筑物的美觀性。因此，設(shè)計將然基礎(chǔ)作接地體，利用立利主鋼筋作引下線，可省去大量的鋼材及資避雷針安裝在主樓中間安裝一根避雷針，其支撐高度3m，用無縫鋼管支撐。地網(wǎng)：利用大樓的鋼筋，而且效果十分理想，根據(jù)規(guī)范，接地電阻應(yīng)不大于10Ω（≤10Ω）。分流、接地分流：提前放電避雷針的引下線，至少應(yīng)與三根上建筑物之防雷主引下線聯(lián)接